12 11 1 10 2 9 3 7 8 4 5 6 11 12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 O a 1 s нмт Sв y2 в Сжатие Расширение

Р и с. 3.4.Обработка механической характеристики

В начале такта расширения взорвавшаяся в цилиндре рабочая смесь перемещает поршень из верхней «мертвой» точки (в. м. т.) в нижнюю (н.м.т.). В конце такта расширения открываются выпускные клапаны и продувочные окна и продукты сгорания удаляются из цилиндра в выхлопную систему. После продувки цилиндров (р_i=0) начинается второй такт – сжатие воздуха, заканчивается взрывом вспрыснутого в цилиндр топлива. Полный цикл работы совершается за полный оборот кривошипа.

Таблица 3.3

Алгоритм силового расчёта кривошипно-ползунного механизма

Объект расчёта	Расчётные параметры	Механизмы с горизонтальным движением ползуна. Расчётные схемы №1 и 3 по рис. 3.1	Механизмы с вертикальным движением ползуна. Расчётные схемы №2 и 4 по рис. 3.1
Группа Ассура (2 – 3)	Силы тяжести, Н
	Силы инерции, Н
	Величины реакций в кинематических парах, Н

Окончание табл. 3.3

Объект расчёта	Расчётные параметры	Механизмы с горизонтальным движением ползуна. Расчётные схемы №1 и 3 по рис. 3.1	Механизмы с вертикальным движением ползуна. Расчётные схемы №2 и 4 по рис. 3.1
Группа Ассура (2 – 3)	Направление реакций
Звено 1 (механизм I класса)	Уравновешивающая сила, Н
	Величина и направление реакций, Н
	Уравнове-шивающий момент, Н∙м

Для обработки индикаторную диаграмму следует построить с таким же масштабом перемещения _s, в каком представлен план положений механизма, и расположить таким образом, чтобы положение «мертвых» точек на ней было аналогично расположению этих точек на плане положений. Тогда стрелки над линиями диаграммы, совпадающие с направлением движения поршня (ползуна), укажут, на какой ветви графика следует измерять ординаты для вычисления давления р_i в данном положении.

Давление р_i (МПа) определяется путем измерения соответствующей ординаты Y_i в мм на диаграмме с учетом масштабного коэффициента _р МПа/мм: р_i=Y_i .

Движущая сила, действующая на поршень F_д(i), Н, будет равна

F_д(i)=, (3.1)

где D – диаметр поршня, мм.

В результате обработки механической характеристики определяются значения движущей силы или силы полезного сопротивления для всех 12 положений механизма. При этом следует учитывать, что знаки сил должны соответствовать принятой правой системе координат.

Динамическое исследование машинного агрегата

В курсовом проекте рассматриваются машинные агрегаты двух типов: рабочие машины (см. рис. 3.5, а) и машины-двигатели (см. рис. 3.5, б).

При работе машины происходят колебания угловой скорости кривошипного вала ω, вызванные переменностью приведенного момента М_п(φ) сил и приведенного момента инерции звеньев кривошипно-ползунного и некоторых вспомогательных механизмов J_п (φ). Для учета влияния названных причин на закон движения вала кривошипа составляется упрощенная динамическая модель машинного агрегата в виде вращающегося звена приведения (рис. 3.6, а).

а)

Электродвигатель

Передаточный механизм

Исполнительный механизм

ω_д

М_п

m

М_д

₁

J_п.м.

J_дв.

J_кр

Входное

звено И.М.

Выходное

звено И.М.

Кулачков.

рычажн. и др.

Вспомогательный механизм

б)

Передаточный механизм

Двигатель внутреннего

сгорания

И.М.

М_и.м.

М_п

m

_и.м.

J_п.м.

J_и.м.

J_кр



Кулачков.

рычажн. и др.

Вспомогательный механизм

Р и с. 3.5.Схемы машинных агрегатов

а) б)

J_{п д}

J_{п с}

J_пМ

J_кр

J_{п рыч}

J_п

М_пд

Мпс 1 1

Мп д Мп с

J_{п I} =const

J_пII=var

Р и с. 3.6.Динамическая модель машинного агрегата

Звено приведения, в качестве которого обычно принимается кривошип, обладает приведенным моментом инерции J_п и находится под действием приведенного момента сил М_п , причем ,М– приведенный момент движущих сил; М– приведенный момент сил сопротивления.

Приведенный момент инерции можно, в свою очередь, представить в виде суммы постоянной и переменной J_пII составляющих. В величину входят моменты инерции вращающих узлов агрегата: собственный момент инерции кривошипа J, приведенные моменты инерции ротора электродвигателя J_{п д}, момент инерции добавочной массы (маховика) J_пМ и передаточного механизма J_п.м. (рис. 3.6, б). Переменная составляющая J_пII обусловлена рычажным механизмом, каждое звено которого имеет собственный переменный момент инерции, зависящий от положения механизма.

Основными задачами динамического исследования машинного агрегата на стадии установившегося движения являются:

• определение момента инерции дополнительной массы (маховика) J_пМ, необходимой для обеспечения требуемой степени неравномерности вращения звена приведения в установившемся режиме, задаваемой коэффициентом неравномерности движения ;

• определение закономерности вращения () звена приведения для любых положении механизма внутри периода установившегося движения.

Для решения этих задач воспользуемся приближенным методом проф. П.И. Мерцалова (см. лекц. №4).

Переменная составляющая приведенного момента инерции , кг /м² находится из условия

J_пII =m₂[(x'_s2)²+(y' _s2)²]+J_s2 и²₂₁+m₃ и²₃₁, (3.2)

где x'_s2, y'_s2, и₂₁, и₃₁ – аналоги линейных и угловых скоростей (передаточные функции); J_s2 – момент инерции звена 2 (шатуна) относительно оси, проходящей через центр масс, кг/ м².

Производная приведенного момента инерции J_пII по обобщенной координате имеет вид

, (3.3)

где x"_s2, y"_s2, и'₂₁, и'₃₁ – аналоги линейных и угловых ускорений.

Приведенный момент сил М_п определяется из условия равенства мгновенных мощностей. Так, для рабочей машины, если в качестве звена приведения принимается вал кривошипа, приведенный момент сил сопротивления М_{п с}, равен:

• для механизмов с горизонтальным движением ползуна:

М_пс; (3.4)

• для механизмов с вертикальным движением ползуна:

М_пс. (3.5)

Сила полезного сопротивления для каждого из рассматриваемых положений механизма находится путем обработки механической характеристики. Приведенный момент движущих сил М_пд для рабочих машин (по методу Мерцалова) в дальнейшем предполагается постоянным по величине М_пд=соnst и находится из условия равенства работ движущих сил и сил сопротивления за цикл установившегося движения. Для машин-двигателей по формулам (3.4) и (3.5) определяется М_пд, a М_пс=соnst.

Ниже приводится алгоритм решения для рабочей машины. Для машин-двигателей в формулах (3.6)-(3.10) необходимо поменять индекс «с» на «д» и наоборот.

Работа сил сопротивления за цикл установившегося движения :

А_с=, Дж. (3.6)

При М=const и с учетом того, что за цикл установившегося движения

, находим М_пд, (3.7)

причем, обычно радиан.

Далее для каждого рассматриваемого положения механизма i определяются следующие параметры:

• работа движущих сил, Дж:

A_дi=M_пд; (3.8)

• приращение кинетической энергии машинного агрегата, Дж:

; (3.9)

• кинетическая энергия звеньев механизма с переменным приведенным моментом инерции, Дж:

Т, (3.10)

где – средняя угловая скорость кривошипа за цикл установившегося движения;

• изменение кинетической энергии звеньев машинного агрегата с постоянным приведенным моментом инерции, Дж:

. (3.11)

Далее определяются минимальное и максимальноезначение из массива, а затем максимальное изменение кинетической энергии звеньев с постоянным приведенным моментом инерции, Дж:

. (3.12)

Приведенный постоянный момент инерции звеньев машинного агрегата, необходимый для обеспечения требуемой неравномерности движения, кг м²:

. (3.13)

Дополнительное значение постоянной составляющей приведенного момента инерции, т.е. момент инерции маховика, в кг м², определяется из выражения

= J_{п 0} кг/м², (3.14)

где J_{п 0} – суммарный приведенный момент инерции всех вращающихся звеньев машинного агрегата (ротора двигателя, зубчатых колес передаточного механизма, вала кривошипа и т.д.).

В случае если J_п0 больше , маховик устанавливать нет необходимости.

Для определения истинного значения угловой скорости звена приведения вычисляются средние значения изменения кинетической энергии, Дж

, (3.15)

и среднее значение кинетической энергии звеньев с постоянным приведенным моментом инерции, Дж

. (3.16)

Для каждого положения механизма i вычисляется:

• кинетическая энергия, Дж:

; (3.17)

• ₁ – угловая скорость звена приведения, с^-i:

; (3.18)

• угловое ускорение звена привидения, с^-2:

. (3.19)

Подготовка, ввод исходных данных и работа с программой ТММ1

Программа ТММ1 написана на языке программирования Turbo Pascal 7.0. Она включает в себя следующие разделы расчёта кривошипно-ползунного механизма:

1. кинематический анализ;

2. силовой расчет;

3. динамическое исследование машинного агрегата.

Для успешного проведения расчетов механизма по программе ТММ1 необходимо предварительно выполнить определенный обязательный объем графоаналитических работ. К ним относятся:

• кинематический синтез кривошипно-ползунного механизма;

• построение плана кривошипно-ползунного механизма в 12 положениях;

• вычисление угла ₀, определяющего начальное положение кривошипа;

• обработка механической характеристики (индикаторной диаграммы) машинного агрегата.

Исходные данные для расчета должны быть подготовлены в виде табл. 3.4. Перечень исходных данных с комментариями представлен в табл. 3.5:

Таблица 3.4

Таблица переменных файла исходных данных*****_ID.TXT

TMА	N		K	1		е
l1	l2		l3
0
m1	m2		m3
Jп S2	Jп 0		
Значения силы полезного сопротивления или движущей силы для положений кривошипа 0..12

Таблица 3.5